Jurnal Teknik Perkapalan - Vol. 5, No. 1 Januari 2017 328
http://ejournal-s1.undip.ac.id/index.php/navalISSN 2338-0322
JURNAL TEKNIK PERKAPALAN
Jurnal Hasil Karya Ilmiah Lulusan S1 Teknik Perkapalan Universitas Diponegoro
Analisa Teknis Dan Ekonomis Penggunaan Wind Turbine
Pada Kapal Penyeberangan Semarang-Karimunjawa
Mohamad Hanif Fadillah Budiman Akbar1), Untung Budiarto1), Wilma Amiruddin1) 1)Departemen Teknik Perkapalan, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro
Email ; [email protected]
Abstrak
Armada kapal sangat bergantung pada bahan bakar minyak. Pada tahun 2017 akan dilakukan pembangunan pelabuhan berkapasitas yang dapat menampung kapal hingga 6000 GT. Berangkat dari permasalahan tersebut, tugas akhir ini mencoba menghadirkan kapal penyeberangan untuk digunakan dalam jalur pelayaran Semarang – Karimunjawa dengan menggunakan wind turbine untuk mengurangi pemakaian bahan bakar minyak untuk mensuplai kebutuhan penerangan. Tujuan tugas akhir ini adalah untuk mendapatkan tipe dan ukuran wind turbine yang optimum serta memiliki biaya investasi yang rendah dan mendapatkan keuntungan ekonomis. Analisis wind turbine yang dilakukan adalah pada kecepatan kapal 16 knot, kecepatan angina 10,159 knot sehingga didapat kecepatan angin yang bekerja pada wind turbine sebesar 18,95 knot dengan sudut serang angin terhadap wind turbine (angle of attack, α) adalah 180̊ (arah angina berlawanan dengan arah kapal). Dari hasil analisa didapatkan wind turbine yang optimum untuk dipasang di kapal adalah tipe sumbu horisontal dengan diameter rotor 6,4 m dengan jumlah yang terpasang sebanyak 2 unit. Dengan menggunakan rumus teoritis didapatkan hambatan yang ditimbulkan wind turbine sebesar 8 kN sehingga mengakibatkan pengurangan kecepatan sebesar 0.406 knot. Dengan total biaya investasi dan operasional awal sebesar Rp 399,285.864, pemasangan wind turbine dapat menghemat biaya sebesar Rp 86.353.054 per tahun.
Kata kunci : Turbin Angin, Analisa Teknis, Analisa Ekonomis, Energi Terbarukan, Kecepatan Angin
1. PENDAHULUAN
Semakin menipisnya ketersediaan sumber energi mengakibatkan harga bahan bakar minyak menjadi tinggi. Kenaikan harga bahan bakar minyak ini berdampat pada dunia perkapalan karena kapal merupakan salah satu alat transportasi yang menggunakan bahan bakar minyak.
Pada tahun 2017 akan dilakukan pembangunan pelabuhan berkapasitas besar yang akan dibangun di Legon Bajak. Pelabuhan tersebut dapat menampung kapal berbobot hingga 6000 GT.[12]
Dengan dibangunnya pelabuhan ini, tugas akhir ini mencoba menghadirkan kapal penyeberangan 5000 GT untuk digunakan dalam jalur pelayaran Semarang – Karimunjawa dengan menambahkan wind turbine pada kapal tersebut. Penggunaan wind turbine pada kapal dapat mengurangi pemakaian bahan bakar minyak. Daya wind turbine yang dihasilkan untuk memenuhi
beban daya penerangan pada kapal.
Konsep kapal dengan wind turbine yang memanfatkan energi angin memiliki karakteristik khusus dan mempunyai kelebihan dan kekurangan. Kapal dengan wind turbine dapat mengurangi pemakaian bahan bakar dalam hal pemilihan mesin bantu tetap miliki kekurangan yang sangat bergantung pada kondisi arah datanganya angin dan kecepatan angin (m/dtk atau km/jam) [1].
Untuk menentukan kapal layak laut atau tidak dan melihat kondisi kapal, perlu adanya perhitungan stabilitas. Sehingga dapat ditentukan kapal tersebut aman atau tidak untuk berlayar di laut.
Penempatan wind turbine yang baik pada kapal dapat memaksimalkan daya yang dihasilkan oleh wind turbine. Wind turbine dapat mengurangi pengeluaran bahan bakar minyak dari pemakaian generator kapal serta mengurangi biaya pembelian bahan bakar tersebut.
2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Rencana Umum
Rencana umum dari sebuah kapal dapat didefinisikan sebagai perancangan di dalam penentuan atau penandaan dari semua ruangan yang dibutuhkan, ruangan yang dimaksud seperti ruang muat dan ruang kamar mesin dan akomodasi, dalam hal ini disebut superstructure (bangunan atas). Disamping itu juga direncanakan penempatan peralatanperalatan dan letak jalan-jalan dan beberapa sistem dan perlengkapan lainnya.
Pengerjaan atau pembangunan kapal yang terpenting adalah perencanaan untuk mendapatkan sebuah kapal yang dapat bekerja dengan baik harus diawali dengan perencanaan yang baik pula. Langkah-langkah dalam menggambar Rencana Umum : Menentukan Ruang Utama.
- Menentukan batas-batas dari ruangan-ruangan didalam kapal.
- Memilih dan menempatkan peralatan atau perlengkapan.
- Menentukan segala peralatan yang dibutuhkan yang diatur sesuai dengan letaknya.
- Menentukan jalan untuk mencapai ruangan-ruangan didalam kapal.
- Menentukan banyaknya kursi yang digunakan
2.2 Wind Turbine (Turbin Angin)
Turbin angin atau wind turbine adalah kincir angin yang digunakan untuk memutar generator listrik dan menghasilkan energi listrik. Turbine angin terdiri dari 2 jenis yaitu turbin angin sumbu vertical (TASV) dan turbin angin sumbu horisontal (TASH).
Turbin angin mengambil energi angin dengan menurunkan kecepatannya. Untuk bisa mencapai 100% efisien, maka sebuah turbin angin harus menahan 100% kecepatan angin yang ada, dan rotor harus terbuat dari piringan solid dan tidak berputar sama sekali, yang artinya tidak ada energi kinetik yang akan dikonversi.
Besarnya energi angin yang dapat dikonversi menjadi daya dapat dicari dengan menggunakan persamaan: [3]
P = ½ x A x ρ x η x v3 (1) Dimana :
P = daya yang dapat dihasilkan oleh wind turbine A = swept area wind turbine
ρ = massa jenis udara η = efisiensi wind turbine V = kecepatan angin
Secara teori, efisiensi maksimum yang bisa dicapai setiap desain turbin angin adalah 59%, artinya energi angin yang bisa diserap hanyalah
59%. Jika faktor-faktor seperti kekuatan dan durabilitas diperhitungkan, maka efisiensi sebenarnya hanya 35 - 45%, bahkan untuk desain terbaik. Terlebih lagi jika ditambah inefisiensi sistem wind turbine lengkap, termasuk generator, bearing, transmisi daya dan sebagainya, hanya 10 - 30% energi angin yang bisa dikonversikan ke listrik.
2.3 Komponen Utama Wind Tubine
Dalam mengkonversi energi kinetik menjadi energi mekanik suatu wind turbine memerlukan beberapa komponen-komponen yang mempunyai fungsi masing-masing. Komponen-komponen tersebut antara lain adalah:
- Sudu - Rectifier - Rotor - Regulator - Gearbox - Tower - Generator - Brake - Sensor dan pengatur arah - Controller - Baterai
Gambar 1.Komponen-komponen Wind Turbine
2.3 Cara Kerja Wind Turbine
Gambar 2. Skema Kerja Wind Turbine Pembangkit Listrik Tenaga Angin mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan turbin angin. Cara kerjanya cukup sederhana, energi angin yang memutar rotor turbin angin, kemudian akan memutar poros turbin angin yang dihubungkan ke gearbox untuk memutar rotor pada generator dibagian belakang turbin angin sehingga akan menghasilkan energi listrik. Energi listrik yang dihasilkan ini biasanya disimpan kedalam baterai sebelum dapat digunakan.
3. METODOLOGI PENELITIAN
Dalam karya ilmiah yang baik perlu memiliki metodologi yang terperinci dengan sumber informasi yang sebanyak-banyaknya. Untuk mencapai hasil yang diinginkan, maka dalam pengerjaan Tugas Akhir ini diperlukan kerangka pengerjaan yang tersrtuktur.
Adapun pengerjaan untuk menyelesaikan permasalahan. Hal utama yang perlu dilakukan adalah pengolahan data kecepatan angina yang didapat dari nesdis.noaa.gov dan pembuatan model kapal dengan software rhinoceros dari autocad yang didapat dari PT. Janata Marina Indah. Dari data kecepatan angina dan model kapal, maka dapat dilakukan analisa teknis dan ekonomis yang mencakup permasalahan.
Gambar 3. Diagram alir metode penelitian
4. ANALISA DAN PEMBAHASAN 4.1. Perhitungan Kecepatan Angin
Data kecepatan angin Semarang. Data yang diambil sesuai daerah pelayaran kapal yang dijadikan sebagai acuan. Titik yang diambil adalah koordinat latitude -06.467, longitude +110.417 (Semarang).
Tabel.1 Data Kecepatan Angin Dari Titik Yang Diambill
Tahun Bulan Kecepatan
Angin (Knot) 2015 Juli 10,571 2015 Agustus 11,216 2015 September 14,120 2015 Oktober 10,958 2015 November 11,150 2015 Desember 9,010 2016 Januari 9,952 2016 Februari 10,155 2016 Maret 9,355 2016 April 9,287 2016 Mei 8,216 2016 Juni 7,920 Average 10,159
4.2. Perhitungan Kecepatan Angin
Komponen yang sangat berpengaruh dari kerja wind turbine adalah kecepatan angin. Kecepatan angin ini akan menentukan berapa jumlah daya yang dapat dihasilkan oleh sebuah wind turbine. Karena wind turbine dipasang di kapal, jadi kecepatan angin yang bekerja pada turbin angin merupakan resultan dari kecepatan kapal dan kecepatan angin maka didapatkan kecepatan angin yang bekerja pada turbin angin adalah sebesar 18,95 knot atau sama dengan 9,76 m/s. Pada tabel 2 dapat dilihat perubahan kecepatan turbin yang bekerja pada kapal berdasarkan kecepatan kapal dan kecepatan angin rata-rata yaitu 10,159 knot.
Tabel. 2 Data kecepatan wind turbine yang bekerja Kecepatan kapal (knot) Kecepatan angin (knot) Kecapatan turbin (knot) Kecepatan turbin (m/s) 0.000 10.159 10.159 5.23 2.000 10.159 10.354 5.33 4.000 10.159 10.918 5.62 6.000 10.159 11.799 6.07 8.000 10.159 12.931 6.66 10.000 10.159 14.255 7.34 12.000 10.159 15.723 8.09 14.000 10.159 17.298 8.90 16.000 10.159 18.955 9.76
4.3 Spesifikasi Turbin Angin yang Digunakan
Data windturbine yang digunakan pada kapal memiliki spesifikasi sebagai berikut:
- Rated power : 5 kW @ 10 m/s - Peak power : 7,5 kW
- Furling windspeed : 3 – 25 m/s - Max speed : 50 m/s - Rotor diameter : 6,4 m - Weight : 405 kg - Category : Horisontal
Gambar 4. Power Curve Hummer 5 kW
Gambar 5. Kapal terpasang Wind Turbine
4.4 Daya yang Dikeluarkan oleh Wind
Turbine
Diketahui kecepatan angin yang bekerja pada wind turbine sebesar 18,95 knot atau 9,76 m/s.
Tabel.3 Annual Power Output Wind Turbine Kecepatan angin rata-rata (m/s) Annual Power Output (kW) 3 1549 4 4191 5 8472 6 1328 7 18220 8 27330 9 39355 9,76 45115.8 10 46935
Daya yang dihasilkan oleh wind turbine dalam satu tahun pada kecepatan 9,76 m/s sebesar 45115,8 kW. Maka, daya yang dihasilkan oleh wind turbine selama satu hari sebesar 123,6049315 kW.
Waktu berlayar kapal 5 jam 15 menit apabila kecepatan kapal 16 knot. Maka, daya yang dihasilkan oleh wind turbine untuk sekali berlayar sebesar 27,03857877 kW. Untuk dua wind turbine dapat menghasilkan daya sebesar 54,07715753 kW.
4.5 Perbandingan Daya yang Dihasilkan oleh
Wind Turbine dan Daya Generator
Daya yang dihasilkan oleh wind turbine
sebesar 54,08 kW dan daya yang dihasilkan oleh generator yang dipakai kapal sebesar 784 kW. Wind turbine dapat memenuhi sebesar 6,90 % dari daya generator kapal.
4.6 Penggunaan Daya Wind Turbine
Daya yang dihasilkan oleh wind turbine
dapat memenuhi beban daya penerangan kapal sebesar 51,408 kW.
Tabel.4 Annual Power Output Wind Turbine Peralatan Beban Daya (kW) Junction Lighting - 1 12,563 Junction Lighting - 2 1,53 Junction Lighting - 3 1,938 Junction Lighting - 4 3,536 Junction Lighting - 6 28,39 Junction Lighting - 7 3,451 Total Daya 51,408
4.7 Spesifikasi Baterai yang Digunakan
Data baterai yang akan digunakan untuk mensuplai daya dari wind turbine sebagai berikut:
- Merk : OEM – 200 - Type No : 12v/200Ah - Standar : Jerman - Kapasitas : 200 Ah - Dimensi : Panjang : 522 mm Lebar : 240 mm Tinggi : 244 mm - Berat : 58 kg
4.8 Berat Total Wind Turbine dan Baterai
Berat total wind turbine merupakan penjumlahan dari berat wind turbine, dan baterai sesuai dengan jumlah yang dibutuhkan di kapal. Berat total ini akan berpengaruh terhadap hambatan dan stabilitas kapal. Setelah adanya penambahan berat ini, maka batasan-batasan tersebut perlu dilakukan analisa ulang.
Wind Turbine yang digunakan berjumlah 2 buah dan 1 buah wind turbine membutuhkan 20 baterai. Jadi, banyaknya baterai yang digunakan adalah 40 buah.
Tabel.5 Berat Wind Turbine dan Berat Baterai Item Berat Satuan (kg) Jumlah Total Berat (kg) Wind Turbine 405 2 810 Baterai 58 40 2320 Berat Total 3130 4.9 Analisa Hambatan
Bertambahnya berat kapal akibat pemasangan wind turbine dan komponen- komponenya akan mengakibatkan bertambahnya sarat kapal. Pertambahan sarat ini perlu dicari karena akan mempengaruhi besarnya hambatan kapal. Semakin besar luas permukaan kapal yang tercelup, semakin besar pula hambatan yang ditimbulkan.[2]
Hambatan kapal akan dihitung dengan menggunakan metode Holtrop dengan bantuan software maxsurf hullspeed. Namun terlebih dahulu harus membuat model kapal pada software Rhinoceros.
Gambar 6. Model Kapal Pada Rhinoceros Setelah dilakukan beberapa proses tahapan pada software maxsurf hullspeed, didapatkan hambatan pada kecepatan 16 knot adalah sebesar 297,6 kN
Gambar 7. Grafik Hambatan Hullspeed
Hambatan dari wind turbine dihitung berdasarkan besarnya kecepatan angin, luas penampang wind turbine dengan koefisien drag dari penampang dan kerapatan udara.[3]
Gambar 8. Grafik CL, CD dan angle of attack series NACA 63 (Henrik Stiesdal, 1999)
Pendekatan profil NACA 63 ditentukan berdasarkan jurnal “Analisa Teknis Dan Ekonomis Penggunaan Wind Turbine Dan Solar Cell Pada Kapal Perikanan” dan “Analisa Teknis Dan Ekonomis Pemasangan Wind Turbine Sebagai Penghasil Daya Untuk Sistem Penerangan Pada Kapal Tanker 6500 DWT”.
Berdasarkan grafik diatas harga koefisien drag untuk sudut serang angina 90̊ adalah 1,3. Harga ini diambil dari profil NACA series 63 berdasarkan catalogue wind turbine. Dengan kerapatan udara sebesar 1,3 kg/m3 maka bisa dihitung hambatan dari tiap-tiap wind turbine.[5] Besarnya hambatan dari turbine dapat dihitung dengan persamaan:[3]
FD = 0,5 x CD x ρ x V2 x (bc) x B (2) Dimana :
ρ = massa jenis udara (ton/m3) b = panjang blade turbin (m) c = panjang chord (2r (sin (α/2)) (m) V = kecepatan angin yang bekerja pada
turbin (m/s)
CD = koefisien drag
Setelah dilakukan perhitungan hambatan wind turbine yang didapat sebesar 8 kN. Besarnya hambatan terjadi saat kecepatan angin yang bekerja pada wind turbine sebesar 9,76 m/s.
Setelah dilakukan penjumlahan antara hambatan wind turbine dengan hambatan kapal sehingga didapatkan hambatan total. Hambatan total inilah yang akan digunakan untuk menghitung besarnya pengurangan kecepatan kapal setelah pemasangan wind turbine.
Tabel.6 Total Hambatan setelah dipasang wind turbine
Kecepatan kapal (knot) Holtrop Resist (kN) FD (kN) Total Hambatan Kapal
0
--
--
--
2
4.6
2 6.90951184
18.7
3 21.2680266
40.6
3 43.5988848
68.3
4 71.90208510
102.7
4 107.0776312
147.7
5 153.0255214
210.2
6 216.6457516
297.6
8 305.338324.10 Evaluasi Pengurangan Kecepatan Kapal
Dengan adanya wind turbine akan mengurangi kecepatan kapal akibat hambatan yang ditimbulkan oleh wind turbine. Pengurangan kecepatan ini perlu dihitung karena apabila pengurangannya besar maka perlu adanya daya tambahan untuk main engine agar kapal bisa tetap beroperasi pada kecepatan service awal 16 knot.
Tabel.7 Evaluasi Kecepatan dan Daya Main Engine Kecepatan awal (knot) Fd (kN) Penambahan Daya (kW) 0 -- -- 2 2.309512 5.065637761 4 2.568026 11.26531766 6 2.998884 19.73308184 8 3.602085 31.60297244 10 4.377629 48.00903161 12 5.325517 70.08530146 14 6.445747 98.96582416 16 7.73832 135.7846418
4.11 Analisa Stabilitas Kapal
Pemasangan wind turbine akan menambah berat kapal, bertambahnya berat kapal ini tentunya akan merubah posisi titik berat kapal sehingga perlu dilakukan analisa ulang mengenai stabilitas kapal. Stabilitas kapal dianalisa dengan bantuan maxsurf hydromax. Adapun langkah-langkahnya adalah sebagai berikut :
1. Permodelan Tanki
Gambar 9. Pemodelan Tanki Pada Maxsurf 2. Pemasukan Kondisi Pembebanan Adapun
kondisi pembebanan tersebut adalah kapal kondisi muatan penuh dengan BBM, air tawar tinggal 75%, kondisi kapal muatan penuh dengan BBM, air tawar tinggal 50%, kondisi kapal muatan penuh dengan BBM air tawar 25%.
3. Penentuan Kriteria Stabilitas
Kriteria stabilitas yang digunakan adalah peraturan IMO Anex 749.
Gambar 10 Kurva Stabilitas Kapal dengan Wind Turbine muatan penuh, bbm 50%, air tawar 50%
Tabel.8 Hasil Analisa Stabilitas Kapal
No Kriteria Kondisi 1 2 3 1 Area 0 to 30 49,732 55,967 61,746 2 Area 0 to 40 74,827 84,712 93,939 3 Area 30 to 40 25,095 28,745 32,183 4 Max GZ at 30 or greater 2,519 2,885 3,231 5 Angle of maximum GZ 34,9 34.9 34.9 6 Initial GMt 9,843 10,018 10,559
STATUS Pass Pass Pass
4.12 Biaya Investasi Wind Turbine
Biaya investasi ini meliputi biaya pembelian wind turbine, biaya electrical connection, biaya
-5 -3 -1 1 3 5 -30GZ 0 30 60 90 120 150 180 (m )
instalasi wind turbine, biaya operasional dan maintenance, biaya replacement.
Tabel.9 Biaya pembelian wind turbine dan baterai Barang Harga Satuan (USD) Jumlah Total Harga (USD) Wind Turbine 11.393 2 22.787 Baterai 140 40 5.600 Total 28387
Biaya electrical connection adalah biaya yang dibutuhkan untuk pengadaan alat-alat yang berfungsi untuk menyambungkan sistem dari wind turbine ke baterai dan dari baterai ke ke lampu penerangan. Yang termasuk dalam biaya ini adalah pembelian kabel, transformer, dan lain-lain. Berdasarkan persamaan yang diberikan pada report “Wind Turbine Design Cost and Scaling Model” besarnya biaya electrical conection bergantung pada power yang dihasilkan oleh wind turbine. Persamaan yang diberikan adalah sebagai berikut:
Electrical Connection Cost =
machine rating x electrical connection cost factor
(USD) (3)
Electrical Connection Cost Factor =
(3,49E-06 x machine rating2) – (0,221 x machine rating) + 109,7 (USD/kW) (4) Dimana :
machine rating = power output wind turbine (kW) Setelah dilakukan perhitungan, didapatkan nilai factor biaya penyambungan listrik sebesar 108,60 USD/kW dan dipakatkan biaya penyambungan listrik sebesar 542,96 USD dengan power output wind turbine sebesar 5 kW.
Tabel.10 Biaya electrical connection Biaya Penyambungan Listrik (USD) Jumlah Wind Turbine Jumlah Biaya Penyambungan (USD) 542,96 2 1085,95
Biaya instalasi wind turbine yang akan dihitung disini merupakan biaya instalasi baterai, tower, komponen pendukung wind turbine, dan komponen electrical lainnya. Berdasarkan report ”Wind Turbine Desain Cost and Scaling Model” persamaan yang digunakan untuk besarnya biaya instalasi wind turbine adalah persamaan:
Biaya instalasi =
1,965 x (hub height x rotor diameter)1,1736 (USD) (5) Setelah dilakukan perhitungan, didapatkan biaya instalasi sebesar 340,33 USD
Tabel.11 Biaya instalasi wind turbine Biaya Instalasi (USD) Jumlah Wind Turbine Jumlah Biaya Instalasi (USD) 340,33 2 680,66
Selama wind turbine beroperasi, terdapat biayabiaya yang harus dikeluarkan untuk menjaga kinerja dari wind turbine. Biaya tersebut adalah biaya maintenance dan biaya replacement. Besarnya biaya maintenance untuk wind turbine di bawah 50 kW adalah USD 40 per kW tiap tahunnya sedangkan biaya replacement-nya adalah USD 10.7 per kW tiap tahunnya. Angka ini berdasarkan jurnal “Wind Turbine Design Cost and Scalling Model”.
Tabel.12 Biaya O&M Untuk Wind Turbine Daya (kW) Jumlah Turbin Besarnya Biaya Perbaikan (USD) Biaya O&M per tahun (USD) 5 2 40/kW 400
Tabel.13 Biaya Replacement Untuk Wind Turbine Daya (kW) Jumlah Turbin Besarnya Biaya Replacement (USD) Biaya Penggantian per Tahun (USD) 5 2 10,7/kW 107
Tabel.14 Biaya Total Investasi
Keterangan Biaya (USD) Biaya (Rupiah) Biaya Pembelian 28.387,00 375.900.500
Biaya Electrical
Connection 1085,95 14.380.144
Biaya Instalasi 680,66 9.013.296
Total Biaya 30.153,61 399.285.864 Jadi, biaya investasi total wind turbine yang dipasang dikapal sebesar Rp 399.285.864
4.13 Biaya Operasional Genset Pada Kapal
Biaya operasional genset yang digunakan pada kapal dengan daya genset sebesar 392 kW dapat dihitung menggunakan persamaan berikut: Pemakaian Bahan Bakar =
Daya Genset x Waktu x k (6) Dimana :
Daya Genset = 392 Kw x 2 = 784 kW k = ketetapan (0,08 – 0,20) k = 0,2
Waktu = 1 hari = 5,25 jam = 5 jam 15 menit Harga bahan bakar per liter = Rp 8.800
Tabel.15 Penghematan Kapal dengan Wind Turbine
Item Satuan
Biaya Operasional
Daya Genset kW 784 Pemakaian
Bahan Bakar L/Hari 1029
Pengeluaran Rp/Hari 9.055.200
4.14 Biaya Operasional Genset dengan
Windturbine pada Kapal
Biaya penghematan menggunakan wind turbine dengan daya sebesar 10 kW dan kecepatan yang bekerja pada wind turbine sebesar 9,76 m/s mendapatkan daya pengeluaran sebesar 27,04 kW: Pemakaian Bahan Bakar =
Daya Wind turbine x Waktu x k (6) Dimana :
Daya Windturbine = 27,04 kW x 2 = 54,08 Daya genset dengan Windturbine = 729,92 kW k = ketetapan (0,08 – 0,20)
k = 0,2
Waktu = 1 hari = 5,25 jam = 5 jam 15 menit Harga bahan bakar per liter = Rp 8.800
Tabel.16 Penghematan Kapal dengan Wind Turbine
Item Satuan Biaya Operasional Genset dengan Windturbine Daya Genset kW 729,92 Pemakaian
Bahan Bakar L/Hari 958,02
Genset dengan
Windturbine Rp/Hari 8.430.608
4.15 Analisa Kelayakan Investasi dan Perhitungan BEP (Break Even Point)
Analisa kelayakan ini digunakan untuk mengetahui apakah investasi akan mengalami keuntungan dalam beberapa tahun kedepan.
Analisa dilakukan dengan membandingkan biaya investasi dan operasional wind turbine per tahunnya dengan biaya penghematan bahan bakar per tahunnya.
Kapal berlayar 4 hari dalam 1 minggu, dalam 1 tahun kapal berlayar selama 192 hari.
Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada tabel dibawah:
Tabel.17 Biaya Investasi dan Keuntungan Pasif Biaya tetap atau biaya investasi
(Rp)
399.285.864
Biaya operasional genset tanpa wind turbine (Rp)
1.738.598.400
Biaya operasional genset dengan wind turbine (Rp)
1.618.676.896
Selisih biaya operasional (Rp)
119.921.504
Biaya O&M wind turbine per tahun (Rp)
26.483.985
Biaya Replacement wind
turbine per tahun (Rp)
7.084.465
Keuntungan pasif per tahun (Rp)
86.353.054
Keuntungan pasif sekali
berlayar (Rp) 589.624 𝐵𝐸𝑃 =𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐼𝑛𝑣𝑒𝑠𝑡𝑎𝑠𝑖 𝐾𝑒𝑢𝑛𝑡𝑢𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑃𝑎𝑠𝑖𝑓 (7) 𝐵𝐸𝑃 =Rp 399.285.864 Rp 86.353.054 𝐵𝐸𝑃 = 4,62 tahun
Artinya, untuk mendapatkan keuntungan kapal harus belayar selama 4,62 tahun. Setelah itu akan mendatkan profit sebesar Rp 589.624 per harinya saat berlayar.
Windturbine dapat digunakan selama 10
tahun sampai 15 tahun. Maka, penggunaan
windturbine pada kapal dapat dikatakan layak.
5. PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan pada kapal penyeberangan 5000 GT ini diperoleh beberapa kesimpulan:
1. Dari hasil analisa jenis dan ukuran wind turbine, didapatkan wind turbine yang optimum untuk dipasang di kapal adalah wind turbine sumbu horisontal berjumlah 2 buah dengan merk Hummer 5 kW yang memiliki diameter blade 6,4 m, swept area 32,1536 m2, start up speed 2,5 m/s2, rated wind speed 10 m/s2, power 5000 watt dan massa 405 kg.
2. Penempatan 2 wind turbine pada kapal penyeberangan 5000 GT ditempatkan pada navigation deck di daerah station 41 dan station 110, pada ketinggian 19,2 meter dan tepat berada di center line.
3. Terjadi penurunan kecepatan service kapal sebesar 2.53 % dari kecepatan awal 16 knot menjadi 15.595 knot.
4. Biaya Investasi wind turbine sebesar Rp. 399.285.864 maka titik balik dari biaya investasi untuk pemakaian wind turbine
selama 4,62 tahun.
5. Penggunaan wind turbine dapat menghemat pemakaian bahan bakar generator sebesar Rp.449.755 perhari atau Rp 86,353,054 per tahun.
6. Hasil perhitungan stabilitas setelah pemasangan wind turbine adalah nilai GZ maksimum 3,231 meter pada kondisi III, nilai MG terbesar 10,559 meter pada kondisi III, dan sudut maksimum GZ 34.9 pada kondisi III
5.2 Saran
1. Untuk mendapatkan hasil perhitungan yang lebih akurat mengenai analisa daya yang dihasilkan dan hambatan dari wind turbine, perlu dilakukan pemodelan wind turbine dengan menggunakan CFD.
2. Perlu dilakukan variasi sudut serang angin terhadap wind turbine guna mengetahui pengaruhnya terhadap olah gerak kapal. 3. Penelitian ini hanya membahas mengenai
pemanfaatan energi angin dengan daya yang sudah ditentukan yaitu 10 kW untuk penerangan pada kapal. Perlu adanya survey kapal secara langsung sehingga dapat mengetahui data spesifik besar daya yang dibutuhkan kapal untuk penerangan.
4. Perlu adanya perhitungan kekuatan struktur pada navigation deck, karena adanya penambahan beban oleh wind turbine.
DAFTAR PUSTAKA
[1]
Bockmann, Eirik, 2011,” Wind Turbine Propulsion of Ship”, Norwegian University of Science and Technology, Norway[2]
Lewis, E.V.(Editor), 1988, “Principle ofNaval Architecture, Volume II. – Resistance, Propulsion and Vibration”, The Society of Naval Architecture and Marine Engineers, Jersey City
[3]
Lysen, E. H., Agustus 1982, “Introduction to Wind Energy”, CWD Amersfoort The Netherlands.[4]
Park, Jack., 1981, “The Wind Power Book”, Cheshire Books, Palo Alto California.[5]
Strong, Simon James., 2008, Dissertation“Design of a Small Wind Turbine”, University of Southern Queensland, Australia[6]
United Kingdom Parliementary Office of Science and Technology.Postnote onCarbon Footprint of Electricity Generation. November 2006.
[7]
Molland, A.F. 208, A Guide to Ship Design, Construction and Operation, The Maritime Engineering Reference Book, Butterworth-Heinemann, Elsevier.[8]
Harvald. Sv. Aa.,1992, “Resistance and Propulsion of Ship”, Department of Ocean Engineering and John willey & sons Inc, New York.[9]
Fingersh.L, Hand.M, and Laxson.A, December 2006, “Wind Turbine Design Cost and Scaling Model”, Technical Report NERL/TP-500-40566, National Renewable Energy Laboratory, Colorado.[10]
Sitorus, Boris De Palma. 2015. AnalisaTeknis Dan Ekonomis Penggunaan Wind Turbine Dan Solar Cell Pada Kapal Perikanan. Skripsi Sarjana Pada FT UNDIP Semarang: Diterbitkan Tahun 2015
